FR2886723A1 - Marker position reference frame for e.g. robot, has marker mounted on wire at adjustable altitude and provided with location artifice centered on wire, and sphere equipped with marking surface through optical sensor of movable apparatuses - Google Patents
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Abstract
Description
REFERENTIEL DE POSITIONPOSITION REFERENTIAL
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un référentiel de position, appréciable surtout pour fournir une référence fixe dans un volume de vaste dimension, et encore plus pour fournir une référence commune entre des salles superposées d'un même bâtiment. The subject of this invention is a position reference, appreciable especially to provide a fixed reference in a volume of large size, and even more to provide a common reference between superimposed rooms of the same building.
L'intérêt de tels référentiels apparaît avec certains appareils mobiles tels que des robots qui parcourent un trajet programmé par des positions successives déterminées (par opposition à un trajet défini par une suite de déplacements) ou qui doivent repérer la position d'objets environnants. Un capteur optique peut alors être adjoint à l'appareil pour repérer un groupe de balises fixes dans l'environnement qui matérialisent le référentiel et dont les positions sont connues avec précision: les mouvements angulaires accomplis par le capteur optique pour observer une balise après l'autre sont enregistrés et permettent de calculer la position de l'appareil par rapport aux balises par des calculs de triangulation. Si un procédé semblable est appliqué à des objets munis d'un réseau analogue de balises qui leur est fixé et dont la disposition est connue, d'autres triangulations associées à ce réseau de balises déterminent la position de l'objet par rapport à l'appareil et par rapport aux balises de l'environnement, c'est-à-dire qu'elles permettent de localiser l'objet dans l'environnement. Le capteur optique peut repérer directement des balises comprenant des artifices de localisation de couleur ou de texture déterminée, lumineux ou réfléchissants, à condition d'envoyer sur ces derniers un faisceau lumineux dont le capteur reçoit la réflexion. Ces procédés, décrits dans nombre de brevets antérieurs, sont d'emploi courant aujourd'hui. The interest of such reference systems appears with certain mobile devices such as robots that travel a programmed path by successive determined positions (as opposed to a path defined by a sequence of displacements) or who must locate the position of surrounding objects. An optical sensor can then be added to the device to locate a group of fixed beacons in the environment that materialize the reference system and whose positions are known precisely: the angular movements performed by the optical sensor to observe a beacon after the other are recorded and allow to calculate the position of the device relative to the beacons by triangulation calculations. If a similar method is applied to objects having a similar network of beacons attached to them and whose arrangement is known, other triangulations associated with this beacon network determine the position of the object relative to the device and relative to the tags of the environment, that is to say they can locate the object in the environment. The optical sensor can directly locate beacons comprising localization devices of color or texture determined, light or reflective, provided to send on them a light beam whose sensor receives the reflection. These methods, described in many prior patents, are of current use today.
Une difficulté apparaît quand les localisations doivent être faites par rapport à une origine éloignée, par exemple dans une salle de niveau différent, puisqu'il est évident qu'un dispositif optique n'est utilisable que dans une salle unique. Une autre difficulté apparaît dans les environnements encombrés, puisque les balises optiques sont souvent cachées par des objets voisins, ce qui rend leur repérage impossible. A difficulty arises when the locations must be made with respect to a distant origin, for example in a room of different level, since it is obvious that an optical device is usable only in a single room. Another difficulty appears in congested environments, since optical beacons are often hidden by neighboring objects, which makes their identification impossible.
L'invention concerne un référentiel de position qui permet des calculs de position relative entre des points de salles différentes, et avec des balises placées avec une grande précision, mais qui peuvent être déplacées si cela devient nécessaire. The present invention relates to a position repository which allows relative position calculations between different room points, and with tags placed with great accuracy, but which can be moved if necessary.
Une idée à la source de l'invention est que la position verticale des balises n'est pas toujours importante avec des appareils mobiles sur des sols et dont l'orientation reste horizontale, puisque la mesure d'azimut suffit à donner la direction de l'appareil par rapport à la balise et que les calculs de triangulation s'effectuent en projection horizontale des mesures. On recourt à un fil suspendu, traversant éventuellement plusieurs niveaux d'un bâtiment, et muni de balises constituant des repères ponctuels qui lui sont fixés et qu'on peut accrocher au fil dans des niveaux respectifs. An idea at the source of the invention is that the vertical position of the beacons is not always important with mobile devices on floors and whose orientation remains horizontal, since the azimuth measurement is sufficient to give the direction of the relative to the beacon and that the triangulation calculations are done in horizontal projection of the measurements. It uses a suspended wire, eventually crossing several levels of a building, and provided with tags constituting punctual marks that are fixed and that can be hooked to the wire in respective levels.
La position de chaque balise est en projection verticale. Elle coïncide avec la position du fil si les balises sont centrées sur le fil. The position of each beacon is in vertical projection. It coincides with the position of the wire if the tags are centered on the wire.
Il est important que le fil ne soit pas soumis à des oscillations et encore plus qu'il ne soit pas déplacé. Un amortisseur sans contact, notamment à son extrémité inférieure, et un tube de protection, transparent ou ouvert devant les balises, peuvent écarter ces risques. It is important that the wire is not subject to oscillations and even more so that it is not moved. A non-contact damper, particularly at its lower end, and a protective tube, transparent or open in front of the beacons, can avoid these risks.
Les balises peuvent comprendre des cadres d'accrochage au fil et des supports d'artifices de localisation, qui permettent les repérages de position conformément aux procédés connus. The tags may include wire-hanging frames and location fireworks, which allow location markings according to known methods.
Certaines dispositions particulières de l'invention permettent de placer aisément les balises sur le fil, de les déplacer et de maintenir une grande précision de leur position. Certain particular provisions of the invention make it easy to place the tags on the wire, to move them and to maintain a high accuracy of their position.
L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de l'invention, et les figures 2, 3, 4 et 5 représentent une vue de face, une vue démontée, une vue de montage partiel et une vue de côté d'une balise de localisation. The invention will now be described with reference to the following figures - FIG. 1 represents an overall view of a device of the invention, and FIGS. 2, 3, 4 and 5 represent a front view, a disassembled view, a partial mount view and a side view of a locator beacon.
La figure 1 représente une salle supérieure 1 et une salle inférieure 2 superposées dans chacune desquelles se déplace un appareil mobile 3 ou 4 muni d'un capteur optique non représenté et éventuellement, d'un laser tournant émettant un rayon 5. Le rayon 5 est renvoyé vers le capteur optique par des artifices de localisation réfléchissants en les atteignant; le capteur optique peut aussi repérer directement les artifices de localisation en les visant. Quelle que soit leur nature, certains des artifices de localisation sont placés sur des balises 6 et 31 au sol ou sur un objet 30 à repérer et, selon l'invention, sur une ou plusieurs balises 7 suspendues à un fil 8 tendu et vertical qui, dans cette réalisation, traverse la séparation 9 (le sol de la salle supérieure 1) entre les salles 1 et 2 avec un jeu suffisant pour n'être pas contraint et maintenir une position parfaitement verticale. Le fil 8 s'étend donc entre un point d'accrochage 10 au plafond de la salle supérieure 1 et un amortisseur 11 sur le sol de la salle inférieure 2. Masse L'amortisseur 11 est du genre sans contact, comprenant une partie immobile, fixée au sol, et une partie suspendue au bas du fil 8 et séparée de la première par un entrefer. L'amortissement se fait par création de courants de Foucault entre l'amortisseur 11 et une masse 26 métallique suspendue au bas du fil 8 quand celui-ci oscille, de manière à ramener la masse 26 à la position d'équilibre statique. La masse 26 contribue elle-même à stabiliser le fil 8. Le fil 8 est lisse et de forme aussi régulière que possible, et de préférence composé d'un seul brin, pour qu'il fournisse la référence de position avec la précision souhaitée. FIG. 1 shows an upper room 1 and a lower room 2 superimposed in each of which moves a mobile device 3 or 4 provided with an optical sensor (not shown) and, optionally, a rotating laser emitting a beam 5. The beam 5 is returned to the optical sensor by reflective locating devices upon reaching them; the optical sensor can also directly locate the localization devices by targeting them. Whatever their nature, some of the locating devices are placed on markers 6 and 31 on the ground or on an object 30 to be marked and, according to the invention, on one or more markers 7 suspended on a stretched and vertical wire 8 which , in this embodiment, passes through the separation 9 (the floor of the upper room 1) between the rooms 1 and 2 with sufficient clearance to not be constrained and maintain a perfectly vertical position. The wire 8 thus extends between a point of attachment 10 to the ceiling of the upper room 1 and a damper 11 on the floor of the lower room 2. Mass The damper 11 is of the non-contact type, comprising a stationary part, fixed to the ground, and a part suspended at the bottom of the wire 8 and separated from the first by a gap. The damping is done by creating eddy currents between the damper 11 and a metal mass 26 suspended at the bottom of the wire 8 when it oscillates, so as to bring the mass 26 to the static equilibrium position. The mass 26 itself contributes to stabilize the wire 8. The wire 8 is smooth and of as regular a shape as possible, and preferably composed of a single strand, so that it provides the position reference with the desired accuracy.
Ici, il est entouré par un tube 12 qui le protège des perturbations extérieures mais qui peut cependant être omis. Le tube 12 est percé de fenêtres 13, ouvertes ou transparentes, autour des balises 7 afin de leur permettre d'être détectées. Here, it is surrounded by a tube 12 which protects it from external disturbances but which can however be omitted. The tube 12 is pierced with windows 13, open or transparent, around the beacons 7 to enable them to be detected.
Voici une description des balises 7. Elles Here is a description of the tags 7. They
comprennent (cf les figures 2 à 5) un cadre 14 dont les extrémités supérieure et inférieure sont munies de douilles 15 opposées, sur d'autres logements, dont les évidements reçoivent des paliers 16, ou d'autres systèmes de serrage et de centrage, formés de paires de demi- bagues 17 amovibles et aptes à s'accoler ou à se disjoindre. Les évidements des douilles 15 sont alignés verticalement et le fil 8 les traverse. Les paires de demi-bagues 17 sont jointes en enserrant le fil 8 et enfoncées dans les douilles 15 avec un coincement dû à un ajustement de formes coniques des évidements et des demi-bagues 17. Les demi-bagues 17 pourraient être remplacées par une bague fendue unique, pouvant se resserrer, ou par des mors de mandrin par exemple. comprise (see Figures 2 to 5) a frame 14 whose upper and lower ends are provided with opposite sockets 15, on other recesses, the recesses receive bearings 16, or other clamping and centering systems, formed of pairs of half-rings 17 removable and able to bend or disjoin. The recesses of the sockets 15 are aligned vertically and the wire 8 passes through them. The pairs of half-rings 17 are joined by enclosing the wire 8 and pressed into the sockets 15 with a wedging due to a conical fit of the recesses and half-rings 17. The half-rings 17 could be replaced by a ring single slit, which can be tightened, or by chuck jaws for example.
Le cadre 14 est muni d'un troisième évidement 18 qui reçoit une broche 19 de mise en place d'un support 20 comprenant encore un plateau 21. La broche 19 est engagée dans l'évidement 18 avec un ajustement soigné de façon à assurer la position du support 20 sur le cadre 14. Un artifice de localisation 22 est alors posé sur le plateau 21; il comprend une sphère 23 munie d'une surface de repérage 24 par le capteur optique de l'appareil 3 ou 4. Enfin, le cadre 14 est muni d'un dispositif écarteur 25 en forme d'arceau, articulé autour d'un axe horizontal défini par des pivots 26. Sa dimension est un peu inférieure à celle du cadre 14. En le faisant tourner, le fil 8 est écarté entre les paliers 16 et échappe au contact de l'artifice de localisation 22, qu'on peut alors poser sur le plateau 21. Le centre de la sphère 23 est placé sur le fil 8. Les balises 7 restent toujours sur un même alignement vertical. Le cadre 14 est fendu d'un côté, aux endroits des douilles 15 et du troisième évidement 18, pour permettre d'introduire le fil 8 latéralement dans les douilles 15. Il est aussi fendu de l'autre côté à l'endroit du troisième évidement 18 pour permettre au fil 8 de sortir du troisième évidement 18 et d'être bien dégagé par le dispositif écarteur 25. Les serrages des demi-bagues 17 permettent ensuite de retenir chaque balise 7 à la hauteur souhaitée où elle a été montée. On conçoit que leur démontage et leur remontage à une hauteur différente sont très faciles. Le cadre 14 et les éléments qui lui sont associés sont équilibrés, avec un centre de gravité colinéaire au fil 8, pour ne pas rompre son alignement vertical. The frame 14 is provided with a third recess 18 which receives a pin 19 for placing a support 20 further comprising a plate 21. The pin 19 is engaged in the recess 18 with a careful adjustment so as to ensure the position of the support 20 on the frame 14. A location device 22 is then placed on the plate 21; it comprises a sphere 23 provided with a registration surface 24 by the optical sensor of the apparatus 3 or 4. Finally, the frame 14 is provided with a retractor device 25 in the form of a bow, articulated around an axis horizontal dimension defined by pivots 26. Its dimension is a little smaller than that of the frame 14. By rotating, the wire 8 is spaced between the bearings 16 and escapes the contact with the locating device 22, which can then be The center of the sphere 23 is placed on the wire 8. The tags 7 always remain on the same vertical alignment. The frame 14 is split on one side, at the locations of the sockets 15 and the third recess 18, to allow the wire 8 to be inserted laterally into the sockets 15. It is also slotted on the other side at the location of the third recess 18 to allow the wire 8 to exit the third recess 18 and to be well cleared by the retractor device 25. The tightening of the half-rings 17 then allow to retain each beacon 7 at the desired height where it was mounted. We understand that their disassembly and reassembly at a different height are very easy. The frame 14 and the elements associated with it are balanced, with a center of gravity collinear with the wire 8, so as not to break its vertical alignment.
Les paliers 16 offrent un bon centrage du cadre 14 par rapport au fil 8. Un ajustement soigné de la broche 19 dans le troisième évidement 18 et un ajustement de forme entre le sommet du plateau 21 (en empreinte sphérique) et la sphère 23 assurent le centrage de l'artifice de localisation 22 dans le cadre 14 et l'alignement du centre de la sphère 23 sur le fil 8. La position des artifices de localisation 22 est donc déterminée avec une grande précision à la verticale du support 10. The bearings 16 provide a good centering of the frame 14 with respect to the wire 8. A careful adjustment of the pin 19 in the third recess 18 and a shape adjustment between the top of the plate 21 (in spherical imprint) and the sphere 23 ensure the centering of the locating device 22 in the frame 14 and the alignment of the center of the sphere 23 on the wire 8. The position of the locating devices 22 is thus determined with great precision in the vertical of the support 10.
Les appareils 3 et 4 (ou même un seul appareil transporté d'une salle à l'autre) peuvent ainsi indiquer la position d'un objet 30 quelconque, pourvu d'artifices de localisation 31 et présent dans la salle supérieure 1, par rapport à une référence de la salle inférieure 2 donnée par les balises 6 au sol. Apparatuses 3 and 4 (or even a single apparatus transported from one room to another) can thus indicate the position of any object 30 provided with location devices 31 and present in the upper room 1, relative to each other. to a reference of the lower room 2 given by the tags 6 on the ground.
Les appareils localisent les balises 6 au sol, les balises 7 de l'invention dans les deux salles 1 et 2 et celles de l'objet 30. Il est facile de déduire la position de toutes les balises 7 sur le fil 8 par rapport aux balises 6 au sol à l'attitude près, puis la position de l'objet 30 par rapport aux balises 7, et donc la position de l'objet 30 par rapport à une origine quelconque dans la salle inférieure 2. The devices locate the beacons 6 on the ground, the beacons 7 of the invention in the two rooms 1 and 2 and those of the object 30. It is easy to deduce the position of all the beacons 7 on the wire 8 with respect to markers 6 on the ground to the near attitude, then the position of the object 30 relative to the beacons 7, and therefore the position of the object 30 with respect to any origin in the lower room 2.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR0551519A FR2886723A1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Marker position reference frame for e.g. robot, has marker mounted on wire at adjustable altitude and provided with location artifice centered on wire, and sphere equipped with marking surface through optical sensor of movable apparatuses |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR0551519A FR2886723A1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Marker position reference frame for e.g. robot, has marker mounted on wire at adjustable altitude and provided with location artifice centered on wire, and sphere equipped with marking surface through optical sensor of movable apparatuses |
Publications (1)
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| FR2886723A1 true FR2886723A1 (en) | 2006-12-08 |
Family
ID=35788329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR0551519A Pending FR2886723A1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Marker position reference frame for e.g. robot, has marker mounted on wire at adjustable altitude and provided with location artifice centered on wire, and sphere equipped with marking surface through optical sensor of movable apparatuses |
Country Status (1)
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